潘予琮，蔣林樹，熊本海

（1.北京農(nóng)學(xué)院動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，奶牛營養(yǎng)學(xué)北京市重點實驗室，北京 102206；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所，北京 100193）

奶牛首次發(fā)情被定義為奶牛產(chǎn)犢后的第1 個發(fā)情期[1]，首次發(fā)情揭發(fā)率直接影響奶牛的生產(chǎn)性能和牧場經(jīng)濟(jì)效益。在生產(chǎn)中，奶牛每一次的發(fā)情脫配會使胎間距增加18～24 d，并造成奶牛終身產(chǎn)奶量下降[2]。我國多數(shù)牧場仍采用傳統(tǒng)的人工觀察法和直腸檢測法進(jìn)行奶牛的發(fā)情監(jiān)測和配種[3]，盡管一些大型奶牛場配備了發(fā)情監(jiān)測系統(tǒng)，但該系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息未得到充分解讀和應(yīng)用。同時，由于奶牛個體差異和環(huán)境因素影響，發(fā)情強(qiáng)度和持續(xù)時間差異性較大[4]，使得奶牛發(fā)情監(jiān)測成為影響牧場經(jīng)濟(jì)效益的主要因素。

國內(nèi)外研究顯示，目前常用的發(fā)情監(jiān)測數(shù)字化設(shè)備有加速度感應(yīng)器監(jiān)測、體溫監(jiān)測和壓力監(jiān)測等[5]，主要通過感應(yīng)端將奶牛發(fā)情行為以數(shù)字化形式實現(xiàn)實時上傳和監(jiān)測。Borchers 等[6]應(yīng)用SCR 設(shè)備所得奶牛發(fā)情揭發(fā)率高達(dá)82.8%，Reith 等[7]總結(jié)了多種奶牛發(fā)情監(jiān)測設(shè)備的應(yīng)用效果，認(rèn)為以監(jiān)測活動量和反芻時間為主的加速度類發(fā)情監(jiān)測設(shè)備可以顯著提高發(fā)情揭發(fā)率。

另有研究表明，奶牛首次發(fā)情時伴隨有體溫升高[8]、活動量增加[9]、奶牛爬跨[10]等一系列生理和行為變化，探索這些行為指標(biāo)的變化規(guī)律能夠進(jìn)行更有效的發(fā)情預(yù)測，同時季節(jié)[11]、胎次[12]、泌乳天數(shù)、發(fā)情周期階段等因素對奶牛發(fā)情期間活動量、反芻時間的影響也受到廣泛關(guān)注，但關(guān)于奶牛首次發(fā)情研究較少。因此，本研究分析了北京延慶某大型奶牛場產(chǎn)后首次發(fā)情奶牛發(fā)情前后活動量、反芻時間的變化規(guī)律及影響因素，以期為優(yōu)化奶牛發(fā)情監(jiān)測設(shè)備數(shù)據(jù)使用、提高發(fā)情揭發(fā)率、實現(xiàn)數(shù)字化養(yǎng)殖提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗動物 本研究于2018 年7 月—2019 年8 月在北京市延慶區(qū)某奶牛養(yǎng)殖場進(jìn)行。奶牛存欄1 500 頭，其中泌乳牛800 頭，采用散欄飼養(yǎng)，奶牛自由采食和飲水，每個飼養(yǎng)區(qū)有足夠的臥床和運動場地，每天07:00、14:00、21:00 各擠奶1 次，08:00、15:00 進(jìn)行全混合日糧（TMR）飼喂。該牧場采用Dairy Comp 305 牧場智能管理軟件記錄全群奶牛的健康狀況、配種、轉(zhuǎn)群淘汰等信息，應(yīng)用阿菲金自動擠奶設(shè)備，自動識別牛號和每日產(chǎn)奶量信息，應(yīng)用SCR 發(fā)情監(jiān)測設(shè)備（HR-Tags，SCR Engineers Ltd.，Netanya，Israel）記錄奶牛活動量、反芻時間輔助發(fā)情監(jiān)測。

1.2 儀器設(shè)備 本實驗采用SCR 頸掛式加速度計步器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集器（頸環(huán)設(shè)備）、數(shù)據(jù)接收器、SCR 數(shù)據(jù)處理軟件等設(shè)備。頸環(huán)通過加速度傳感器感應(yīng)奶牛運動時頸部的變化測定奶?；顒恿?，通過聲波感應(yīng)，分辨奶牛進(jìn)食和反芻的聲音變化，判定奶牛反芻時間，每隔2 h 由無線接收箱實時記錄奶?；顒訑?shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭B接牛場管理人員計算機(jī)的接收單元，每頭牛上傳的原始數(shù)據(jù)被計算機(jī)分析并相比該頭奶牛前14 d 基線數(shù)據(jù)，得出奶牛發(fā)情活動起始時間、活動高峰、活動持續(xù)時間，當(dāng)活動量、反芻時間到達(dá)相應(yīng)閾值時被定義為奶牛發(fā)情[13]。

1.3 統(tǒng)計分析 本實驗采集奶牛場DC 305 智能牧場管理系統(tǒng)和SCR 發(fā)情監(jiān)測系統(tǒng)中自2018 年7 月—2019年8 月記錄的所有首次發(fā)情奶牛信息，篩選出數(shù)據(jù)完整且胎次在1～4 胎、日產(chǎn)奶量在10～50 kg/d 的奶牛共315頭，對應(yīng)數(shù)據(jù)共20 475 項，包括牛號、發(fā)情日期、發(fā)情前后10 d 活動量、反芻時間（SCR 發(fā)情監(jiān)測系統(tǒng)每2 h 上傳一次活動量和反芻時間信息，本試驗中選取當(dāng)天數(shù)據(jù)的均值進(jìn)行分析）和日產(chǎn)奶量信息。另外根據(jù)文獻(xiàn)資料[14]將3—5 月定義為春季、6—8 月為夏季、9—11 月為秋季、12 月至次年2 月為冬季，將奶牛按泌乳水平分為高產(chǎn)（平均日產(chǎn)奶量≥40 kg）、中產(chǎn)（20 kg ≤平均日產(chǎn)奶量≤40 kg）和低產(chǎn)（20 kg ≤平均日產(chǎn)奶量）[15-16]。

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2007 和SPSS 21.0 進(jìn)行處理，結(jié)合GLM 混合模型（一種基于最小二乘法對不用樣本量數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析的方法）單因變量多因素方差分析法（Univariate）對不同季節(jié)、不同胎次和不同泌乳水平母牛首次發(fā)情時活動量和反芻時間的變化進(jìn)行顯著性檢驗。該牧場繁殖報告中發(fā)情以獸醫(yī)觸摸判定并于12 h后進(jìn)行人工輸精日期記錄，因此將發(fā)情配種當(dāng)天記為第0 天，并分別向前和向后截取10 天數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。P＜0.05 表示差異顯著，P＜0.01 表示差異極顯著，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果

2.1 系統(tǒng)發(fā)情鑒定檢出率 北京延慶奶牛場常年奶牛存欄量1 500 頭左右，其中成年母牛存欄量900～1 000 頭，均佩戴有SCR 發(fā)情監(jiān)測頸環(huán)，2018 年7 月—2019 年8月牧場繁殖記錄中經(jīng)獸醫(yī)觸摸判定為首次發(fā)情奶牛共有637 頭，SCR 系統(tǒng)中預(yù)警首次發(fā)情奶牛共386 頭，實際檢出率為60.6%。

2.2 奶牛首次發(fā)情前后的行為變化規(guī)律 表1 顯示，奶牛首次發(fā)情的-10～-2 d 活動量變化不大，均在157.4 步/h 左右，極顯著低于發(fā)情當(dāng)天活動量水平（平均363.4 步/h）。自-2 d 起活動量出現(xiàn)顯著增加，在發(fā)情當(dāng)天達(dá)到最大值，后逐步回落到之前水平；在發(fā)情前反芻時間波動不大，平均為504.3 min/d，但在發(fā)情當(dāng)天顯著下降至431.1 min/d，后逐漸回升至發(fā)情前水平。

表1 奶牛首次發(fā)情前后發(fā)情行為變化規(guī)律

2.3 不同因素對奶牛首次發(fā)情前后活動量的影響 結(jié)合圖1 和表2 可知，春、夏、秋、冬四季首次發(fā)情奶牛分別占總發(fā)情牛數(shù)的35.0%、22.6%、14.8% 和27.4%；活動量均在發(fā)情前2 d 開始迅速增長并于發(fā)情當(dāng)天達(dá)到最大值，其中秋季奶牛首次發(fā)情當(dāng)天活動量最大（平均422.0 步/h），顯著高于春、夏兩季；夏季奶牛發(fā)情時活動量最?。ㄆ骄?16.4 步/h）；與發(fā)情前活動量相比，秋、冬兩季奶牛首次發(fā)情當(dāng)天活動量分別增加185.0%和151.0%，顯著高于春、夏兩季，其中夏季奶牛發(fā)情時活動量變化較春、秋、冬三季更低，為97.2%。

圖1 不同季節(jié)對奶牛首次發(fā)情活動量變化的影響

結(jié)合圖2 和表2 可知，1 胎、2 胎、3 胎、4 胎奶牛首次發(fā)情比例分別為41.9%、25.2%、18.7%和14.2%，且在發(fā)情當(dāng)天達(dá)到活動量最高值；隨著奶牛胎次的增加，奶牛首次發(fā)情當(dāng)天活動量呈下降趨勢，其中1 胎奶牛發(fā)情時活動量最高（平均414.0 步/h），顯著高于3 胎、4 胎奶牛，而4 胎奶?；顒恿孔畹停ㄆ骄?56.2 步/h）；對比奶牛發(fā)情當(dāng)天與發(fā)情前活動量變化量，2 胎奶牛首次發(fā)情時活動量變化量最大為159%，更便于預(yù)測發(fā)情。

圖2 不同胎次對奶牛首次發(fā)情活動量變化的影響

由圖3 和表2 可見，不同泌乳水平奶牛首次發(fā)情時活動量變化趨勢一致，表現(xiàn)為發(fā)情當(dāng)天活動量顯著增加，并于發(fā)情活動結(jié)束后恢復(fù)到發(fā)情前水平。經(jīng)進(jìn)一步方差分析得出，高產(chǎn)奶牛在發(fā)情前期和發(fā)情當(dāng)天的活動量（平均169.2 步/h）和（平均256.6 步/h），均顯著低于中、低產(chǎn)奶牛；且相比之下中產(chǎn)奶牛在發(fā)情當(dāng)天活動量變化量增幅最大，可達(dá)101.1%。

圖3 不同泌乳水平對奶牛首次發(fā)情活動量變化的影響

2.4 不同因素對奶牛首次發(fā)情前后反芻時間的影響 由圖4 和表2 可知，奶牛首次發(fā)情前，冬季反芻時間最長（503.0 min/d），夏季反芻時間最短（460.2 min/d），顯著低于春、秋、冬三季；發(fā)情當(dāng)天，反芻時間均達(dá)到發(fā)情期最低值，其中夏季反芻時間最短，顯著低于其他3 個季節(jié)；從變化幅度看秋季奶牛發(fā)情時反芻量下降幅度較大，春季變化幅度較小。

圖4 不同季節(jié)對奶牛首次發(fā)情反芻時間變化的影響

由圖5 和表2 可知，胎次對奶牛首次發(fā)情前后反芻時間的影響不顯著，各胎次奶牛發(fā)情期間反芻時間變化規(guī)律基本一致，其中1 胎奶牛發(fā)情時反芻時間的變化幅度達(dá)到19.1%，高于2、3、4 胎奶牛，更有助于發(fā)情預(yù)測的判斷。

由圖6 和表2 可知，奶牛不同泌乳水平對奶牛首次發(fā)情前后反芻行為的變化有顯著影響。在發(fā)情前期，低產(chǎn)奶牛表現(xiàn)出相對較短的反芻時間，顯著低于高產(chǎn)和中產(chǎn)奶牛；在發(fā)情當(dāng)天，高、中、低產(chǎn)奶牛反芻時間無顯著差異；因此高產(chǎn)奶牛在發(fā)情前后反芻時間呈現(xiàn)更大比例的下降。

圖5 不同胎次對奶牛首次發(fā)情反芻時間變化的影響

圖6 不同泌乳水平對奶牛首次發(fā)情反芻時間變化的影

3 討 論

3.1 奶牛首次發(fā)情揭發(fā)率 奶牛發(fā)情監(jiān)測設(shè)備的使用是為了通過數(shù)據(jù)分析提高奶牛發(fā)情揭發(fā)率，尤其是對高產(chǎn)奶牛能量負(fù)平衡帶來的發(fā)情行為減弱現(xiàn)象有很好的檢出效果。Schweinzer 等[17]應(yīng)用加速度感應(yīng)器（SMARTBOW系統(tǒng)）監(jiān)測579 頭經(jīng)產(chǎn)奶牛發(fā)情狀況，結(jié)果顯示該系統(tǒng)的敏感性、特異性、準(zhǔn)確率和錯誤率分別為97%、98%、96% 和2%；Burnett 等[18]表示發(fā)情設(shè)備對奶牛發(fā)情預(yù)警準(zhǔn)確率可達(dá)87.8%。本研究中，SCR 系統(tǒng)輔助進(jìn)行奶牛發(fā)情監(jiān)測揭發(fā)率僅有60.6%，這可能是由于養(yǎng)殖環(huán)境的差異引起，且本實驗?zāi)膛鋈砸詡鹘y(tǒng)觀察法為主，對發(fā)情監(jiān)測設(shè)備數(shù)據(jù)應(yīng)用水平不高。目前我國還沒有自主知識產(chǎn)權(quán)的自動化發(fā)情監(jiān)測系統(tǒng)在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用[19]，對于國外部分產(chǎn)品在我國牧場的應(yīng)用效果和數(shù)據(jù)利用仍是一個亟待解決的問題。

3.2 奶牛首次發(fā)情前后發(fā)情行為變化規(guī)律 奶牛發(fā)情時，常表現(xiàn)為靜立不安、精神亢奮、爬跨其他母牛，從而引起活動量明顯增加[11]，這些行為指標(biāo)在設(shè)計和研發(fā)數(shù)字化發(fā)情監(jiān)測產(chǎn)品中起到重要作用。研究表明，奶牛在發(fā)情期活動量（＜1 500 步/h）顯著高于間情期奶?；顒恿浚ǎ?00 步/h），且活動量變化受到季節(jié)、發(fā)情處理方式因素影響顯著[20]。Silper 等[21]采用數(shù)字化發(fā)情監(jiān)測設(shè)備對57 頭發(fā)情期奶牛活動量進(jìn)行記錄，對比發(fā)現(xiàn)，奶牛在發(fā)情當(dāng)天活動量變化是間情期的290%。本研究證明，奶牛首次發(fā)情前期活動量基本在150.1 步/h，從-2 d 起，活動量出現(xiàn)顯著上升，并于發(fā)情當(dāng)天達(dá)到最大值。另有研究表明，反芻時間同樣作為監(jiān)測奶牛發(fā)情的一個重要指標(biāo)，由于奶牛首次發(fā)情時雌激素水平提高，表現(xiàn)出食欲和采食量下降，從而造成反芻時間的變化[22]。本研究中，奶牛反芻時間在發(fā)情-1 d 和發(fā)情當(dāng)天出現(xiàn)顯著下降，這與Pahl 等[23]的研究結(jié)果一致。

表2 不同因素對奶牛首次發(fā)情行為變化的影響

3.3 季節(jié)對首次發(fā)情奶牛發(fā)情行為的影響 本實驗中春、夏、秋、冬四季中首次發(fā)情奶牛分別占總發(fā)情牛數(shù)的35.0%、22.6%、14.8% 和27.4%，其中春、冬兩季發(fā)情數(shù)量較多，這與Kumar[24]結(jié)果相似。Opsomer[25]表示，冬季奶牛發(fā)情比例最高為38%，顯著高于夏季發(fā)情奶牛數(shù)，其結(jié)果可能由于奶牛耐寒不耐熱的生理習(xí)性導(dǎo)致。蔣曉新等[26]試驗結(jié)果表明，在4 個季節(jié)中，秋、冬季泌乳牛發(fā)情期間活動量極顯著高于春、夏季，其中夏季活動量最少。這與本實驗中產(chǎn)后首次發(fā)情奶牛發(fā)情時活動量差異結(jié)果一致。此外，本研究還證明，與春、秋、冬三季相比，夏季奶牛首次發(fā)情時反芻次數(shù)達(dá)到最低，為388.1 min/d。Derensis[27]認(rèn)為造成這種情況的主要原因是環(huán)境的溫濕度變化，夏季高溫高濕可能引起奶牛熱應(yīng)激，從而導(dǎo)致奶牛采食量減少、反芻時間降低，另外熱應(yīng)激通過下丘腦-垂體-性腺軸作用于性腺，增加促黃體素（LH）降低卵泡發(fā)育和發(fā)情表現(xiàn)，導(dǎo)致夏季奶牛發(fā)情時活動量和反芻時間變化幅度明顯減小。對此，在夏季奶牛的繁殖管理中，應(yīng)通過調(diào)整奶牛日糧結(jié)構(gòu)和改善飼養(yǎng)環(huán)境降低奶牛熱應(yīng)激的產(chǎn)生，同時，優(yōu)化發(fā)情監(jiān)測設(shè)備閾值，提高發(fā)情揭發(fā)率。

3.4 胎次對首次發(fā)情奶牛發(fā)情行為的影響 Opsomer[25]對來自2 個牧場689 頭荷斯坦奶牛進(jìn)行長期產(chǎn)奶量和活動數(shù)據(jù)的記錄，結(jié)果表明，奶牛首次發(fā)情時隨胎次的增加，其發(fā)情時間與行為變化均顯著降低；奶牛首次發(fā)情平均在產(chǎn)后52 d 左右，且首次發(fā)情與奶牛胎次存在顯著相關(guān)性。另有研究表明，除1、2 胎奶牛發(fā)情時活動量變化不顯著，其他胎次之間均有極顯著差異，4 胎及以上奶牛發(fā)情活動量相比1 胎奶?；顒恿肯陆?4%[28]。本研究發(fā)現(xiàn)，在首次發(fā)情奶牛中，1 胎奶牛占比超過42%，并且隨著胎次的增加，奶牛首次發(fā)情時活動量和活動量變化幅度均呈現(xiàn)逐漸遞減趨勢，反芻時間在奶牛首次發(fā)情時雖差異不顯著，但1 胎奶牛反芻時間下降比例為19.1%，高于2、3、4 胎奶牛，該結(jié)果與劉江靜等[29]研究結(jié)果一致。由此推斷，首次發(fā)情奶牛中應(yīng)更注重頭胎奶牛的繁殖管理。

3.5 不同泌乳水平對首次發(fā)情奶牛發(fā)情行為的影響 高產(chǎn)奶牛常處于能量負(fù)平衡狀態(tài)，容易出現(xiàn)發(fā)情時間縮短、發(fā)情行為不明顯的情況[30]。Schutz[31]研究表明，奶牛反芻時間與產(chǎn)奶量存在正相關(guān)關(guān)系。另有研究證明，奶牛發(fā)情前期與發(fā)情當(dāng)天相比反芻時間有顯著下降，但產(chǎn)奶量無顯著變化[32]。本實驗結(jié)果顯示，奶牛首次發(fā)情前期，中、低產(chǎn)奶牛的活動量平均為199.1 步/h 和198.3 步/h，顯著高于高產(chǎn)奶牛（169.2 步/h），發(fā)情當(dāng)天各泌乳水平奶?；顒恿烤性鲩L，其中中產(chǎn)奶?；顒恿孔兓雀?；相比反芻時間，在發(fā)情前期，低產(chǎn)奶牛的反芻時間最少，顯著低于高、中產(chǎn)奶牛，但發(fā)情當(dāng)天反芻時間差異不顯著。分析結(jié)果的差異性可能與奶牛采食量及營養(yǎng)水平有關(guān)，且奶牛發(fā)情時激素水平可能導(dǎo)致采食量下降[33]，對此在高產(chǎn)奶牛產(chǎn)后管理中，要增加能量飼料的攝入，提高推料次數(shù)，以保證奶牛的采食量。

4 結(jié) 論

本研究發(fā)現(xiàn)，奶牛在首次發(fā)情當(dāng)天活動量出現(xiàn)極顯著增加，反芻時間顯著下降；季節(jié)、胎次、產(chǎn)奶量對奶牛發(fā)情行為有不同程度的影響，春、冬兩季是奶牛發(fā)情高峰期，而頭胎奶牛發(fā)情時行為變化程度更顯著，在奶牛首次發(fā)情時應(yīng)特別注意。以上結(jié)果為準(zhǔn)確、高效地利用數(shù)字化發(fā)情監(jiān)測設(shè)備在生產(chǎn)中的應(yīng)用提供了參考。